杜 山
近几年的高考试题中出现了很多以圆锥曲线的性质为背景的题目,命题者通过对圆锥曲线性质的挖掘、引申、演变,编制出了很多耐人寻味的好题,可谓精彩纷呈。本文试举几例,略作说明,仅供读者参考。
性质1 已知圆锥曲线的一个焦点是F,过F的焦点弦两端点为A、B恳谈会,分别过A、B作圆锥曲线的切线,其交点为P,则点P的轨迹是相应于焦点F的准线,且PF⊥AB。
这个性质的证明比较简单,在很多文献中均有阐述,在此从略。 2006年高考全国(Ⅱ)卷第21题为:
已知抛物线x2=4y的焦点为F,A、B是抛物线上的两动点,且=λ(λ>0).过A、B两点分别作抛物线的切线,设其交点为M. (Ⅰ)证明·为定值;
(Ⅱ)设△ABM的面积为S,写出S=f(λ)的表达式,并求S的最小值.
本题即是以上述性质为背景命制的。
性质2 过椭圆上位于第一象限内的一点T作椭圆的切线,与x轴、y轴分别交于点A、B,分别为椭圆的左右焦点,则∠AB=∠AT.即B、、、T四点共圆. 证明:设点T的坐标为,则过T的切线方程为,令x=0得
点B的坐标为,令y=0得点A的坐标为,故直线AB的斜率,直线的斜率.
于是∠AB=
而∠AT=
故只需证明=
即证明
即证明+)+ ①
由于T在椭圆上,所以+=,而=
故①式成立,所以∠AB=∠AT
2006年全国高考浙江卷理科第19题为:
如图,椭圆与过点A(2,0)、B(0陈大启,1)的直线有且只有一个公共点T,且椭圆的离心率为.
(1) 求椭圆的方程;
(2)设分别为椭圆的左右焦点,M为的中点,求证:∠寡头竞争ATM=∠AT.
由第(1)问求得椭圆方程为,与直线AB的方程:联立,解得T(),即T为线段AB中点,于是∠ATM=
∠,由性质2知∠AB=∠AT,故∠ATM=∠AT.
本题实际上是在性质2的基础上,进行特殊化,使切点为AB中点而得到的结论。
性质3 过以F为焦点的抛物线上任意两点P、Q的切线相交于T,则∠TPF=∠QTF,∠PTF=∠TQF。(证明参见参考文献[1])
2005年全国高考江西卷理科第19题为:
如图,设抛物线的焦点为F,动点P在直线上运动,过P作抛物线C的两条切线PA、PB,且与抛物线C分别相切于A、B订阅蜂两点.
(1)求△APB的重心G的轨迹方程.
(2)证明∠PFA=∠PFB.
本题只是把性质3中的抛物线换成了一个特殊的抛物线,结论当然成立。
性质4 已知椭圆内一定点M,过M的弦的两端点为A、B,过点A作直线的垂线,垂足为D,过点B作直线的垂线,垂足为C,直线与x轴交点为K,则∠AKM=∠BKM.
B(),
将点A、B分别代入椭圆方程得
①
②
将①式两端同乘以,得
③
消去,得
,约去,化简得,
,即,
即于是,△BKC∽△AKD,
∠BKC=∠AKD,故∠AKM=∠BKM.
特别地,当时,M为椭圆的右焦点,直线为相应的准线.
我们来看下面的问题:
已知椭圆,内一定点F(,0)(),直线与x轴相交于点A,过点A的直线与椭圆相交于P、Q两点,设(),过点P且平行于直线的直线与椭圆相交于另一点M,证明
本题为2004年全国高考天津卷第22题第三问的推广.
证明:先证明Q、关节置换术F、M三点共线.k2summit作直线QF,与椭圆交于另一点,性质4知,∠ =∠,易知⊥轴,于是点与M重合,即QM经过点F,过P、Q、M分别作直线的垂线,垂足分别为S、R、N,知
由性质4知即.
用此方法,也可以很容易地证明原题。
应用与性质4的证明相同的方法可得到如下性质:
定理1 已知双曲线,过定点M的弦的两端点为A、B,过点A作直线的垂线,垂足为D,过点B作直线的垂线,垂足为C,若直线与x轴交点为K,则∠AKM=∠BKM.
定理2 已知抛物线,过定点M作动直线与抛物线交于A、B两点,过点A作直线的垂线,垂足为D,过点B向直线作垂线,垂足为C,若直线与x轴的交点为K,则∠AKM=∠BKM.
应用定理2,可证明如下问题:
如图,过抛物线x2=4y的对称轴上任一点P(0,m)(m>0)作直线与抛物线交于A,B两点,点Q是点P关于原点的对称点.设点P分有向线段所成的比为,证明: .(2004年全国高考湖南卷理科21题的第一问)
证明:过点A作的垂线,垂足为D,过点B作的垂线,垂足为C,由定理2知设,则,又由定理2可知∠AQP=∠BQP, AE垂直于轴,
,即.
圆锥曲线有很多优美的性质,这些性质的证明方法灵活多样,思想性强,有利于考查学生的思维能力,因而以圆锥曲线性质为背景的题目已经成为近几年高考命题的热点。解题过程中应适当加强对圆锥曲线性质的关注,以培养发现新问题和探索、解决新问题的能力。
参考文献:
[1]奥林匹克数学中的几何问题.湖南师范大学出版社,2004